动电法研究磺化聚醚砜纳滤膜界面电现象

采用动电法对表面具有功能基团解离的磺化聚醚砜纳滤膜(NTR-7450)界面电现象进行探索。其中,在Zeta电位测试过程中引入相关措施,例如采用电化学工作站测定体系总电导(膜体电导、膜表面电导和电解质溶液电导)和变化流道高度等,以便获得更为真实的Zeta电位,进而根据Gouy-Chapman双电层模型系统地考察了离子强度、阴离子种类(KCl,K2SO4和K3PO4)对膜表面荷电性能的影响。实验结果表明,在较低浓度(0.1～0.5mmol/L)电解质溶液中,磺酸基的解离是NTR-7450纳滤膜荷电的主要原因;而在较高浓度下(1.0～10mmol/L),NTR-7450纳滤膜荷电则是由特性吸附引起,并且膜体积电荷密度与电解质溶液浓度之间符合Freundlich吸附等温式:在KCl,K2SO4和K3PO4溶液中分别为:ln|X|(mmol/L)=2.3337+0.772lnC(mmol/L),ln|X|(mmol/L)=3.584+1.119lnC(mmol/L)和ln|X|(mmol/L)=2.988+1.067lnC(mmol/L)。     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(II): 混合电解质溶液

假定纳滤膜具有狭缝状孔, 使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征, 用流体力学半径和无限稀释扩散系数表征了离子特性. 采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Poisson-Boltzmann理论描述了混合电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象, 计算了三种商用纳滤膜(ESNA1-LF, ESNA1和LES90)对同阴离子、同阳离子和含四种离子的混合电解质体系中离子的截留率, 并与实验数据进行了比较. 计算结果表明, 电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移, 纳滤膜对混合电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定. 该模型在低浓度时对含一价离子的混合电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果比较准确, 但对高浓度或含高价离子的混合电解质溶液则偏差较大.     

木质素磺酸盐在烯酰吗啉颗粒表面的吸附特性

考察了常用分散剂木质素磺酸钠(Sodium Lignosulfonate, SLS)在烯酰吗啉(Dimethomorph, DMM)上的吸附性能, 并测试了吸附SLS后DMM颗粒表面Zeta电位和接触角的变化, 从理论上探讨了分散剂的吸附对农药颗粒表面物化性能的影响, 指导农药分散剂的开发. 结果显示, 浓度为0~10 g/L时, SLS在DMM表面呈现双层吸附; 低浓度(0~1.0 g/L)时, 吸附等温线符合Langmuir方程. SLS在DMM表面上的吸附属于自发、 放热吸附过程, 吸附力主要包括疏水作用、 范德华力和氢键作用力. SLS在DMM表面吸附后提高了其Zeta电位, 且SLS磺化度越高其提高作用越明显. 随着SLS溶液浓度增大, DMM在SLS溶液中的接触角先减小后增大, 到70º~80º后趋于稳定.     

PVDF中空纤维复合纳滤膜的ζ电位及其分离性能

选用自制中空纤维聚哌嗪酰胺复合纳滤膜对NaCl、Na2SO4、MgCl2及MgSO4溶液进行实验,考察了操作压力、pH、溶液浓度、溶液种类等因素对纳滤膜ζ电位及其分离性能的影响。结果表明:通量随压力增大成线性增大,截留率随压力增大而增大,最后趋于一个稳定值;pH可改变ζ电位的正负,截留率、通量随着pH的变化,均会出现最优值;随着溶液浓度增加,膜的ζ电位绝对值、截留率、通量均会有不同程度的下降。     

大麦醇溶蛋白负载白藜芦醇自组装纳米颗粒及其性质研究

采用液-液分散法自组装大麦醇溶蛋白纳米颗粒,重点考察了溶剂(异丙醇)浓度、大麦醇溶蛋白浓度、溶液p H值及离子强度等因素对自组装纳米颗粒粒径和Zeta电位的影响。结果表明:在选择溶剂(异丙醇)浓度为55%,蛋白质浓度为66 mg/m L,分散液p H值为7.0,离子强度为0时,自组装出粒径为(70.0±1.8)nm,Zeta电位9 m V的大麦醇溶蛋白纳米颗粒。在此基础上,进一步制备了白藜芦醇-大麦醇溶蛋白复合纳米颗粒,考察了芯材比对复合纳米颗粒粒径、包封率及载药率的影响,结果表明,当芯材比为1∶5时,自组装复合纳米颗粒的粒径为(135.3±2.5)nm,Zeta电位为(18.91±0.02)m V,包封率为90.4%,载药率为18.8%。扫描电子显微镜结果表明,大麦醇溶蛋白纳米颗粒以及白藜芦醇-大麦醇溶蛋白复合纳米颗粒均为表面光滑的球形颗粒;傅立叶变换红外光谱结果表明,复合纳米颗粒中白藜芦醇与大麦醇溶蛋白之间还存在较强的氢键与静电相互作用。     

聚酰胺纳滤膜对黄连中生物碱的截留性能

以盐酸小檗碱为模型分子,考察循环时间、操作压力、料液浓度和离子强度等因素对聚酰胺纳滤膜截留盐酸小檗碱性能的影响。实验表明:聚酰胺纳滤膜对盐酸小檗碱的截留率80min后基本稳定;随着操作压力的增加,膜通量和截留率都增大;随着料液浓度的增加,聚酰胺纳滤膜通量下降,对盐酸小檗碱的截留率先增大后下降;随着溶液中离子强度的增加,膜通量和截留率都减小。在黄连提取液中生物碱含量为0.025g/L、操作压力为0.4MPa条件下,聚酰胺纳滤膜5min可使黄连提取液中生物碱浓缩6.27倍。     

大离子诱导聚电解质/表面活性剂复合物的解离

采用分子动力学模拟方法研究了大离子与聚电解质/表面活性剂复合物的相互作用, 考察了大离子的电性、直径、表面电荷、浓度等对其与复合物相互作用的影响. 结果表明, 与聚电解质所带电性相同的大离子对复合物作用不明显, 只有当大离子所带电荷较多时, 才会引导少量表面活性剂从复合物中脱离. 当大离子所带电荷与聚电解质所带电荷电性相反时, 大离子的加入会诱导复合物的解离, 表面活性剂从复合物中释放出来, 甚至导致聚电解质/表面活性剂复合物的完全解离, 从而形成聚电解质/大离子复合物; 大离子所带电荷越多, 诱导作用越明显. 大离子的直径及浓度对其与复合物之间的作用也有很大的影响, 对于所带电荷数相同的大离子而言, 直径越小, 其与复合物的作用越显著, 越容易引导表面活性剂从复合物中解离, 若大离子的表面电荷密度相同, 大离子直径越小, 反而与复合物的作用越弱; 大离子浓度越高, 越易引起复合物的解离, 复合物中聚电解质链上结合的大离子数增多直至饱和, 相应的会出现电荷反转现象.     

双敏性微凝胶的絮凝及聚沉行为

用沉降聚合法制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸)微凝胶, 并用NMR, DLS分析测定了微凝胶结构及凝胶颗粒在不同离子强度下粒径和表面电势的变化. 25 ℃时在pH＝7的溶液中Zeta电位为－18 mV, 随离子强度增加, 逐渐减小. 当NaCl浓度达0.2 mol/L时基本不变, 表明微凝胶表面电荷受到屏蔽, 浓度继续增加主要使凝胶颗粒收缩. 加热引起微凝胶收缩, 颗粒表面电荷密度增大, Zeta电位增大. 在0.2 mol/L NaCl溶液中, 41 ℃时微凝胶的Zeta电位可达－12.4 mV, 使微凝胶稳定. 较高离子强度时, Zeta电位随温度升高发生突变, 微凝胶表面几乎为中性, 其突变温度与临界絮凝温度(CFT)相当. CFT随离子强度增加向低温迁移, 微凝胶聚集速率在高温时比低温时快.     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(I): 单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要. 本文假定膜具有狭缝状孔, 采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象. 使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征, 这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到. 本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl, KCl, LiCl), 2-1型(K₂SO₄)和2-2型(MgSO₄)单一电解质溶液的截留率, 并与实验数据进行了比较, 两者吻合较好. 计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移, 纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定. 该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确, 但对高浓度电解质溶液则偏差较大.     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(Ⅰ):单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要.本文假定膜具有狭缝状孔,采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象.使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征,这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到.本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl,KCl,LiCl),2-1型(K2SO4)和2-2型(MgSO4)单一电解质溶液的截留率,并与实验数据进行了比较,两者吻合较好.计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移,纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定.该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确,但对高浓度电解质溶液则偏差较大.     

离子液体在多孔碳电极上的电化学性能

制备了数种离子液体及离子液体有机溶液电解质,用线性电位扫描法测试了它们的电化学窗口;并通过循环伏安、交流阻抗、电势阶跃等电化学方法,对它们在多孔碳电极中的电化学性能进行了研究.实验结果表明:溶剂对1-乙基-3-甲基咪唑类离子液体有机溶液电解质的电化学窗口有较大的影响.离子液体及离子液体有机溶液电解质在多孔碳电极上的电化学性能与其电导率密切相关,电导率越大,充电时间常数越小,比容量越大;但比容量降低的倍率远小于电导率降低的倍率.     

动电法研究聚酰胺类纳滤膜界面电现象

以DK膜为研究对象,以透过式流动电位测试系统为分析手段,采用动电法研究聚酰胺类纳滤膜的界面电现象。根据Helmholtz-Smoluchowski方程和Gouy-Chapman模型系统地考察了电解质溶液浓度和离子种类、价态等因素对膜ζ电位和电荷密度的影响。研究发现,在一定浓度范围内,DK型纳滤膜的电荷密度与电解质溶液浓度之间符合Freundlich吸附等温式,其中对于Na2SO4溶液:ln|σ|(mC/m2)=2.436 0.505lnC(mol/m3);对于MgSO4溶液:ln|σ|(mC/m2)=-0.539 1.412lnC(mol/m3);对于KCl溶液:ln|σ|(mC/m2)=-0.140 0.280lnC(mol/m3);对于CaCl2溶液:ln|σ|(mC/m2)=-2.287 1.105lnC(mol/m3)。结果表明,电解质溶液中阴离子的特性吸附是聚酰胺类纳滤膜荷电现象产生的主要原因。     

1-1型单组分盐溶液中荷电膜膜电位的研究

根据固定电荷模型和非线性最小二乘法, 研究膜体积电荷密度为定值和其大小随电解质主体溶液浓度呈指数变化的两种初始条件下, 五种纳滤膜(NTR 7450, ESNA 1, ESNA 1-LF, LES 90和UTC 60)在不同浓度的氯化钠和氯化钾溶液中的膜电位, 获得膜体积电荷密度与电解质主体溶液浓度的关系. 结果表明, 当体积电荷密度随浓度呈指数变化时, 拟合的膜电位与实验结果更接近, 得到的固定电荷密度更精确. 膜电位的大小与膜两侧电解质溶液浓度的比值相关. 在较高浓度时, 膜电位的值还与扩散系数相关; 其中阴阳离子的扩散系数之比大于1.0是膜电位反号的标志. 在中间浓度时, 膜电位随电解质主体溶液浓度近似呈线性变化.     

改性木质素磺酸钠水凝胶对镉离子的吸附研究

研究了改性木质素磺酸钠水凝胶对水溶液中镉离子的吸附性能,考察了吸附时间、溶液p H值、温度及镉离子初始浓度对吸附的影响。实验结果表明,改性木质素磺酸钠水凝胶对镉离子的平衡吸附量随着温度的上升而增加;p H值小于7时,镉离子的平衡吸附量随着p H值的增加而增大;p H值等于7时,镉离子的平衡吸附量最大。在室温下,p H值为7的水溶液中,该水凝胶对镉离子的平衡吸附量随着镉离子浓度的增加而增大,最大可达到225.2mg/g;吸附过程满足准二级动力学方程,并能较好地符合Langmuir等温吸附模型。     

酯化淀粉乳化剂制备的高效氯氟氰菊酯O/W乳液的稳定机制

通过测定辛烯基琥珀酸淀粉钠的用量、盐离子、pH值和温度等因素对油滴Zeta电位及表面吸附量的影响,分析了以酯化淀粉辛烯基琥珀酸淀粉钠为乳化剂制备的5％高效氯氟氰菊酯水乳剂的稳定机制.结果表明,辛烯基琥珀酸淀粉钠质量分数为7％时,Zeta电位达到最大值,油滴表面吸附量接近饱和;Na+、Mg2+和Al3+压缩油滴表面的双电层,降低Zeta电位,削弱静电排斥作用,增加辛烯基琥珀酸淀粉钠分子柔性,提高辛烯基琥珀酸淀粉钠表面吸附量,且随着Na+、Mg2、Al3+离子强度依次增大,压缩双电层能力依次增强,Zeta 电位降低和表面吸附量增加程度依次增大;pH值影响辛烯基琥珀酸淀粉钠在水中的解离,在碱性范围内解离出较多羧酸根,静电排斥力较大,Zeta电位较高,但表面吸附量有所降低;温度升高,辛烯基琥珀酸淀粉钠在水溶液中溶解度增大,呈舒展状态,且辛烯基琥珀酸淀粉钠从油滴表面逃逸的趋势增加,油滴表面Zeta电位和表面吸附量均随着温度升高而降低,在低温区差别不大,温度越高二者变化越明显.辛烯基琥珀酸淀粉钠通过吸附于油滴表面为其提供较强的静电斥力和空间位阻作用而维持O/W乳液稳定.     

静电位阻模型在纳滤膜跨膜电位解析中的应用

采用静电位阻模型对纳滤膜的跨膜电位进行了理论解析, 考察了溶液体积通量密度、原料液浓度、阴阳离子扩散系数比、膜孔半径和膜体积电荷密度对KCl(1-1型电解质)和MgCl2(2-1型电解质)中的纳滤膜跨膜电位的影响. 研究结果表明, 随着通量密度的增大, KCl和MgCl₂的跨膜电位线性程度增强; 两种电解质的跨膜电位均随着原料液浓度和膜孔半径的增大而下降; 在不同的考察范围内, 阴阳离子扩散系数比对1-1型和2-1型电解质的跨膜电位的影响差别较大; KCl的跨膜电位随着膜体积电荷密度的变化关于零点呈现出对称性, 而MgCl₂的跨膜电位零点则出现在膜体积电荷密度为负的条件下.     

带正电荷蛋白在纳米/微米草酸钙晶体上的吸附特性及其与带负电荷蛋白吸附的比较

研究尺寸分别为100 nm和3μm的一水草酸钙(COM)和二水草酸钙(COD)晶体对带正电荷的蛋白溶菌酶(LSZ)的吸附差异,并与带负电荷的蛋白牛血清白蛋白(BSA)的吸附进行了比较。LSZ在纳米/微米COM和COD晶体上的吸附都很好的拟合了Langmuir模型,属于单分子层吸附。纳米/微米COM和COD对LSZ的最大吸附量顺序为COD-100 nmCOM-100 nmCOD-3μmCOM-3μm;晶体的比表面积越大,曲率越小,晶体表面所带电荷越负,晶体结晶水越多,均导致LSZ吸附量越大。体系离子强度和p H值亦影响LSZ的吸附。随着Na Cl浓度增加,LSZ的吸附量减小,说明Na+离子能与带正电荷的蛋白LSZ竞争晶体表面的吸附位点,导致晶体表面吸附LSZ的位点减少。晶体对LSZ的最大吸附量都出现在LSZ的等电点附近(p H=10.7);在p H=5~8(生理条件)时,LSZ的吸附量随p H值的增大而增大。本文结果提示,通过减小尿液的p H值或者适当增大尿液的离子强度,可以减小LSZ在尿微晶上的吸附量,有可能达到抑制草酸钙结石的效果。     

纳米SiO2/HPAM/SDS分散体系稳定性的改进及其对驱油性能的影响

分析了60℃、1. 0×104mg/L氯化钠盐水和模拟地层水中纳米SiO2/HPAM/SDS分散体系的浊度实验及Zeta电位,发现Ca2+、Mg2+离子是体系失去稳定性的主要原因。根据沉降实验及Zeta电位分析仪探讨了降低p H值和添加络合剂对模拟地层水中纳米SiO2/HPAM/SDS体系稳定性的改善效果及机理,同时利用流变仪及界面张力仪分析了两种方法对体系驱油性能的影响。结果表明,p H值降低,体系的Zeta电位绝对值降低,但SiO2周围H+保护层的形成及水化作用力的增强改善了体系的稳定性;络合剂Na2EDTA、ATM P和Na4EDTA均能增强体系的稳定性,Na2EDTA和ATM P络合Ca2+、Mg2+的同时降低了体系的p H值,而体系的黏度随p H值的降低急剧下降; Na4EDTA加入后,体系的p H值增大,稳定配位化合物的形成使体系的Zeta电位绝对值、黏度、储能模量和损耗模量增加,降低界面张力的能力增强。因此,在SiO2质量分数为0. 5%的体系中加入质量分数为0. 4%的Na4EDTA(最佳质量分数),采收率提高了3. 1%。     

稀土和其它金属浓盐溶液中氢离子的活度系数

用pH 测定法研究了在高浓度电解质溶液中氢离子活度系数(Y_(H+))的变化:(1)在氯化物和硝酸盐溶液中Y_(H+)随盐浓度的增高而急剧增大,在4.5摩尔CaCl_2 溶液中Y_(H+)=173,在2.75摩尔La(NO_3)_3溶液中 Y_(H+)=43,但在Li_2SO_4 溶液中 Y_(H+)随SO_4~(2-)浓度的增高而降低;(2)在相同浓度的氯化物或硝酸盐溶液中Y_(H+)大小的次序是La~(3+)>Y~(3+)>Mg~(2+)>Ca~(2+)>Li~+,在相同离子强度的溶液中,Y_(H+)大小的次序是 Li~+>Mg~(2+)>Ca~(2+)>La~(3+)>Y~(3+);(3)在同一金属的氯化物、硝酸盐和硫酸盐溶液中,Y_(H+)大小的次序是Cl~->NO_3~->SO_4~(2-);(4)酸度在10~(-1)～10~(-3)N范围内,Y_(H+)与酸度无关,而与溶液的离子强度和电解质种类有关。     

用流动电位法表征纳滤膜的结构及性能

利用测量流动电位的方法考察了纳滤膜的表面电学性能对纳滤膜的截留性能的影响.首先,采用不同功能层材料制备了复合纳滤(NF)膜,考察功能层的交联时间、单体结构等对表面电性能的影响,研究纳滤膜对不同无机盐的选择截留性能与表面电性能的关系.通过流动电位法测定纳滤膜的表面电学参数,如流动电位(ΔE)、zeta电位(ζ)和表面电荷密度(σd).实验表明,这些电学参数的变化与功能层交联时间和纳滤膜截留率的变化一致,在交联时间为45 s时,3种电学参数的绝对值均最大,而纳滤膜对无机盐的截留率也最大.复合纳滤膜zeta电位的绝对值(|ζ|)按照Na2SO4>MgSO4>MgCl2变化,同截留率的变化相同.带侧基单体交联后得到的纳滤膜的表面电性能参数的绝对值小于不带侧基单体的.因此,流动电位法可用于研究复合纳滤膜的截留机理和功能层结构.